Лекції 19-22. Автоматизація систем теплопостачання

Система теплопостачання – комплекс пристроїв і споруд для виробництва, транспортування, розподілення та споживання теплоти. Складається з джерела теплоти (1), теплової мережі (2), пункту розподілення теплоти (3) і споживачів (4).

Споживачі теплоти:

1. системи опалення;

2. системи вентиляції і кондиціювання повітря;

3. системи гарячого водопостачання (системи ГВП);

4. технологічне теплотехнічне обладнання.

Джерела теплоти:

1. теплоелектроцентралі (ТЕЦ);

2. групові котельні;

3. котли поквартирного опалення;

4. печі;

5. малопотужні газові генератори;

6. нетрадиційні (вторинні енергоресурси, геотермальні води, геліо-установки тощо).

Класифікація системи теплопостачання:

1. За видом теплоносія:

· водяні (недоліки: значний гідростатичний тиск; значна витрата енергії на транспортування);

· парові (недоліки: транспортування не більше 5 км; складно здійснювати точне регулювання температури опалення);

· повітряні.

2. За розміщенням джерела теплоти:

· централізовані;

· децентралізовані.

3. За підключенням системи гарячого водопостачання (ГВП):

· закрита;

· відкрита.

4. За підключенням системи опалення:

· залежна;

· незалежна.

5. За схемою повернення конденсату:

· з поверненням конденсату;

· без повернення конденсату.

6. За кількістю трубопроводів тепломережі:

· однотрубні;

· двотрубні;

· багатотрубні.

Закрита система гарячого водопостачання (рис. 8.1) – це система, в якій підключення системи ГВП здійснюють за допомогою підігрівача, в якому водопровідна вода для системи ГВП нагрівається мережею (водою з теплової мережі).

Закрита система ГВП має наступні переваги:

1) вода відповідає існуючим санітарним нормам;

2) вода має гідроізоляцію від мережного теплоносія;

3) підвищується надійність роботи системи.

Недоліки закритої системи ГВП:

1) додаткові вкладення коштів у підігрів;

2) значна корозія трубопроводу.

 

Рис. 8.1. Принципова схема закритої системи ГВП

1, 2 - подаючий і зворотній трубопроводи тепломережі;

3 – водоводяний підігрівач;

4 – елеватор системи опалення;

5 – система опалення споруди;

6 – водопровідна вода з водопроводу холодної води.

 

Відкрита система гарячого водопостачання наведена на рис. 8.2.Вода з теплової мережі частково подається на систему опалення (5), частково – на змішувач системи ГВП. Після системи опалення мережна вода частково повертається до джерела теплоти по зворотному трубопроводу, а частково – на змішувач системи ГВП, в якому змішуються два потоки теплоносія, і вода з t°=60°C подається в систему ГВП (7).

Рис. 8.2. Принципова схема відкритої системи ГВП

7 – вихід системи ГВП;

8 – змішувач.

 

Відкрита система ГВП має наступні переваги:

1) дешевші витрати теплоти на підтримку системи ГВП;

2) зменшується витрати теплоти на систему ГВП.

Недоліки відкритої системи ГВП:

1) складність контролю за герметичністю тепломережі;

2) значне підживлення теплової мережі на витрати в системі ГВП.

Системи опалення приміщень повинні підтримувати вимоги, викладені у CHіП 2.04.05-86.

Теплоносії системи опалення:

1) гаряча вода 85…150°C;

2) водяний пар – до 130°C, тиск – до 0,3 МПа;

3) нагріте повітря – до 70°C.

Типи теплоносіїв: вода …150°C; пар …0,6 МПа; електроенергія; природній газ.

Температура води с системах ГВП на санітарно-побутові потреби повинна бути в межах t°=50…75°C.

Функціональна схема автоматизація котла наведена на рис. 8.3.

Технологія. Холодна вода з мережі проходить до топки котла, де нагрівається паливом, що згорає, і надходить в барабан. Звідки поступає до користувачів в парову магістраль. В якості палива може використовуватись, наприклад, газ чи мазут.

Перший контур регулювання (відповідає за підтримку необхідного тиску в барабані котла і складається з сенсору PT (1-1), регулятора РС і виконавчого механізму М2) при зменшені тиску в барабані котла збільшує подачу палива в топку котла.

Другий контур регулювання стабілізує співвідношення паливо-повітря, при його зміні, що викликана першим контуром. Контур складається з сенсорів витрати палива FE (2-1; 2-3), повітря PT (2-5), регулятора співвідношення FFC і виконавчого механізму M3, що змінює продуктивність роботи вентилятора подачі повітря в топку котла. На регулятор співвідношення витрат FFC надходить два сигнали: сигнал про витрату палива від сенсора FE і сингал про витрату повітря від сенсора РТ (сенсор тиску PT здійснює непряме визначення витрати в повітроводі прямокутного перетину, оскільки прямий метод визначення витрати характеризується в даному випадку значними похибками внаслідок нерівномірного розподілу параметрів в такому типі повітроводів). Регулятор FFC змінює продуктивність роботи вентилятора, чим стабілізує співвідношення «паливо-повітря». В залежності від типу палива, це співвідношення повинно бути в межах 1:5…1:20.

Третій контур регулювання встановлює необхідний рівень розрядження в топці котла при збільшені кількості димових газів, яке було змінено другим контуром. Третій контур складається з сенсору PT (3-1), електронного регулятора PC (3-2) і електричного двигуна MA1.

Крім описаних трьох контурів, в ФСА котла для оператора передбачено наступне:

1. Прилади індикації положення виконавчих механізмів – GI (2-8, 1-4, 3-4);

2. Сигналізація рівня води в барабані котла: LSA – сигналізатор рівня, HL8, HL9 – світлові індикатори нижнього і верхнього рівня.

3. Прилади сигналізації тиску PSA.

4. Тумблер SA1 працює для вибору палива (газ, мазут).

Завдання системи автоматики котла:

1. Підтримка технологічного процесу горіння.

2. Регулювання тиску в паровій магістралі.

3. Автоматичний захист двигуна і установок котлових агрегатів.

4. Сигналізація граничних значень технологічних параметрів.

5. Забезпечення можливості резервування основних агрегатів.

Окрім теплопостачання, в санітарно-технічних системах іноді виникає необхідність в холодопостачанні (наприклад, для кондиціонерів).

ФСА холодильної станції наведена на рис. 8.4.

Технологічний процес: З бака теплої води вода подається в випарник, де охолоджується фреоном, що випаровується, звідти охолоджена вода подається в бак холодної води, і далі до користувача. З випарника фреон компресором подається в конденсатор, де охолоджується холодною водою і збирається в конденсаторному бачку. З бака рідинний фреон поступає в теплообмінник де випаровується в випарнику, відбираючи тепло у води, що туди надходить.

 

Рис. 8.3. ФСА котла

Рис. 8.4. ФСА холодильної станції

Робота основних контурів системи автоматики холодильної станції:

1. Регулятор ТС (13), що пов’язаний з сенсором температури ТЕ(12), при підвищені температури в баці включає холодильну станцію: запускаючи двигуни М1, М5, МА2.

2. Регулятор прямої дії РС (15) при підвищенні тиску у трубопроводі до споживача скидає залишкову воду назад в бак, дроселюючи таким чином тиск до потрібного значення.

3. Регулятор ТС(4) управляє подачею фреону в випарники по сигналу від сенсора температури ТЕ (3) на зворотної лінії фреону і управляє двигуном МА1.

В ФСА холодильної станції передбачені наступні прилади для оператора:

- сигналізатори температури, тиску і витрати (TSA, PSA, FSA);

- реле тиску PSA11 переключає керування прямої на резервну лінію при поломці (аварії) основний (датчик РЕ10).